全國中小學科展

化學科

《擦擦筆大變身》~變色的鼻涕蟲

擦擦筆為何不需立可白就可以擦乾淨原來顏色,利用擦擦筆感溫變色的原理加上水黏土自製變色鼻涕蟲。 先由市售的擦擦筆分析調查開始,接著各種擦擦筆的特質,研究感溫材料的特質及與生活中不同材質物品的結合,研究感溫材料與水黏土的結合~感溫鼻涕蟲特質。 最後,利用研究結果,將感溫鼻涕蟲應用在生活上,製作實用奶瓶茶杯感溫器、引擎及電腦散熱器感溫器、感溫鑰匙圈、替代市售彈力球鼻涕蟲的感溫玩具及具環保實用功能的感溫牆壁等,藉由太陽光熱輻射讓牆壁產生變色效果,達到環保綠能永續功能。 由觀察生活中有趣的文具~擦擦筆開始,經歷一連串的研究歷程,歷經許多困境甚至發生爭執,科學發現過程中我們學會最重要的科學態度~謙卑。

好膜成雙-幾丁聚醣複合保鮮膜製作之探討

食安與環境問題是地球永續發展的重要議題,我們以無塑材料幾丁聚醣(CS)與海藻酸鈉(SAL)來製造保鮮膜,研究結果發現:1. 幾丁聚醣(CS)加酸水解後可成膜但不防水,加鹼中和後可防水但非常皺。2 .2%CS和2%SAL 無法直接製成混合膜,須以複合成膜方式製膜。3. 2%SAL交聯反應後,可與CS製成膜性較好的複合膜。4.添加天然增塑劑(甘油、蜂蠟、橄欖油)可增加CS-SAL複合膜韌性(拉力)、可塑性及防水性,而添加明膠後,雖然韌性降低,但卻大大增加形變率,可以製成適合包覆食材的保鮮膜。5.加入添加劑後的保鮮膜在防止麵包發霉與香蕉變黑都有不錯效果,但沒有辦法明顯防止蘋果褐變。6.自製保鮮膜在泡過酸鹼後,仍具包覆效果,而加入添加物的保鮮膜具有透氣性。

環保回收廢金法與鉛離子檢測之研究

本研究希望找出一種環保的回收黃金方法,不僅可應用於低濃度之鉛離子檢測,並且可以形成10nm左右的含金奈米粒子。 我們常聽到:「黃金如同鉑金和石墨一般,均可視為惰性電極,於正極只負責傳輸電子。」這樣的說法真的完全正確嗎?經本研究發現,當電解質改為十二烷硫酸鹽、硫代尿素及助導電劑等混合溶液時,正極的金原子會進行氧化反應,失去電子後形成含金奈米粒子,不僅能從正極基板剝除,形成陽極泥沉澱或還原電鍍到負極上,沉泥透過改質更可以得到不同尺寸的含金奈米粒子。 研究結果證實可從電子垃圾中環保地回收黃金,有效地替代了傳統強腐蝕性的王水或劇毒的氰化物等溶金技術,並能快速且低成本地檢測水質鉛離子含量。

有「酵」?無「酵」?驗了就知道!

本研究從文獻探討及實驗測試中毅然捨棄傳統的「碘滴定法」改以測量不同米種之米水的「PH值」及「氧化還原電位值」來分析其抗氧化能力。 研究中發現米的種類、米水製作方式、浸泡時間、接觸空氣與否、環境溫度、米的重複利用次數都會影響米水的發酵效果。且利用「自製褐變程度檢測儀」,成功以精準的量化數值來呈現蘋果汁的褐變程度,並藉由「蘋果汁的褐變實驗」驗證發酵佳的米浸泡水種類其抗氧化力也很好。我們用一整年的假日、週三下午等時間完成此研究,發現化學世界與生活息息相關,付出再多的辛苦也值得!

奈米碳管複合粒子形成穩定皮克林乳液之研究與應用

添加奈米碳管搖晃後發現,兩不相溶之溶劑其界面處會形成的微胞,且存留時間會較長。我們利用Fe3O4顆粒及奈米鐵磁流體,與奈米碳管複合形成具磁性的固體顆粒,加入油品經振盪後會形成由固體顆粒包覆的乳液系統,稱為皮克林乳液(pickering emulsion)。改變複合粒子的比例,發現Fe3O4與奈米碳管系統包覆的微胞,因粒徑差異大故不具規律性;反之,鐵磁流體與奈米碳管系統之微胞隨奈米碳管比例增加,粒徑越小、數量漸增、存留時間增加,改質奈米碳管可以改變微胞包覆型態;綜合上述,奈米碳管是穩定皮克林乳液的關鍵。我們利用複合固體顆粒的磁性,進行廢油回收,發現奈米鐵磁流體系統的回收率可達77%,具有可觀的回收率表現。

油啊油!游啊游!

阿瑪斯號貨輪油汙事件,當時帶給台灣一陣不小的震撼,對我們來說更是記憶猶新。當時這艘貨輪因失去動力,擱淺於屏東恆春外海,1100 頓燃料油明顯外洩,又加上海象惡劣,無法立刻清除油汙,因此造成了嚴重影響大自然海洋生態環境的污染事件。因此我們幾位同學試著藉由一些科學實驗,去觀察、了解油的密度、混合、揮發、黏度及擴張等特性,想瞭解這些特性是不是和浮油有關,也進行了油體擴張速度的實驗,並且探尋嘗試各種可能清除、減緩及吸收油汙的物質,於是我們用了鐵沙、石灰、木削、紙削、樹葉、菜瓜布、草……等物質去做實驗,實驗的結果發現,鐵沙的吸油效果最好,木削其次。由於經過這一連串的實驗觀察與討論結果,我們決定做一件更有趣的事 — 設計一艘磁鐵吸油船。

彩虹粉筆---探討以粉筆為載體電解水之顏色變換

我們利用粉筆為載體,筆芯為電極,進行電解水的反應。粉筆浸泡電解液後,接著在粉筆表面均勻滴上廣用指示劑,如為中性溶液,則粉筆呈綠色。電解時,正極產生H +,pH值下降,使得顏色呈黃色;負極產生OH -,pH值上升,使顏色呈藍色。在通電過程中,黃色向負極移動,藍色向正極移動,由此可觀察到H + 和OH - 離子的移動情形,粉筆也呈現出彩虹般的顏色變化。 由離子的移動速度,推論H + 在水中會以H3O+(水合離子)的形式存在。在水中加入幫助導電之電解質,則因離子不同對H + 和OH - 離子的移動速率有明顯的影響。 此實驗器材簡便,且將國中多種實驗進行整合,如:電解水、酸鹼中和、元素分類…等,還能結合藝術創作,讓實驗充滿趣味。

『果』真如此- 果凍塑膠之探討

果凍塑膠是一種可分解、可食用的生物塑膠,我們分析它的成份,找出果凍塑膠固化的條件,用自製測量工具對實作的果凍塑膠進行耐彎折、拉力、密封性與防水檢測,並利用其特質,發揮創意設計產品。經實驗得出:(1)果凍的原料有吉利丁、吉利T、洋菜粉和寒天粉,這些原料加水混合加熱,經冷卻後,都會固化成形,其中,吉利丁塑料黏度最小,塑形效果最佳。(2)自製原料配比為吉利丁:水:甘油 = 6:60:0(單位g)的果凍塑膠體積收縮率最小,拉力最大。(3)自製原料配比為吉利丁:水:甘油 = 6:60:4.5(單位g)的果凍塑膠耐彎折、密封性和防水效果最好。(4)我們利用自製的吉利丁果凍塑膠發揮創意設計保鮮膜、餐具、透明便利貼、吊飾等產品應用在生活中。

你丟我撿,物盡其用

本研究是以海產殼為主角,得到以下結果: 1、 蛤蠣、海瓜子、風螺、蠔及九孔的殼碳酸鹽含量高,蝦子殼沒有。 2、 以海瓜子殼和鹽酸反應,用不同液體做排水集氣法收集二氧化碳,體積以:汽水>酒精>水>油。 3、 以排水集氣收集二氧化碳,產量分別是:海瓜子>蛤蠣>蠔>風螺 >九孔>螃蟹>蝦子。 4、 鹽酸溫度越高、濃度越大,貝殼顆粒越小,反應速率越快。 5、 自製簡易裝置測量,發現氣體的溶解度隨著溫度的上升而下降。 6、 海產殼顆粒越小,對銅離子的吸附能力越好。以殼種分:海瓜子=風螺 >蠔 >九孔 >蛤蠣。 7、 海產殼顆粒越小,吸附乙酸乙酯的能力越強。以殼種分吸附能力為:海瓜子>風螺>蠔>九孔>蛤蠣。 8、 以殼粉製作成粉筆。

色變~藍靛粉的山水風情畫

傳統的藍染,染一塊深藍的布,有時要反覆染個二、三十次才行,而每一次的洗滌,都是藍水對環境的污染! 我們以便宜的零件及回收的手機變壓器插頭,成功的製造出第三代簡易吸光儀,其中六段電源供應器以不同電壓驅動光敏電阻感光後的電壓變化,線性趨勢線的相關係數R2值可達0.99,而配製藍染溶液的色階檢量線,辨色的相關係數也可達0.9以上,因此,可以輕易的分辨藍染後的廢液濃度,回收再利用。 同時,我們企圖以水果皮內膜取代保險粉(連二亞硫酸鈉)的臭味及毒性,也意外的發現,減少藍染洗滌廢水及減少藍染次數的簡單方法-回歸加酸定色,可讓染料溶解度變小而定色於染布上。